Không học ở trường, Edison tự học ở sách theo cách riêng của mình. Dần dần, với sự suy nghĩ, tìm tòi, thực hiện không chú trọng lý thuyết suông, từng bước Edison đã chinh phục những gì mà người thời bấy giờ cho là không tưởng. Phát minh đầu tiên của ông là một chiếc máy điện báo kép có khả năng cùng một lúc phát đi hai tin. Ít lâu sau, ông cải tiến thành máy tải ba, tải tư rồi đa tải. Tải tư được bán cho Western Union với giá 10.000 USD.

Một thời gian sau, chán nản với công việc của một điện báo viên, Edison đến New York, trung tâm tài chính bậc nhất lúc bấy giờ, với hy vọng sẽ kiếm thêm chi phí cho các cuộc thí nghiệm của mình. Tại đây, ông đã hợp tác với vài người bạn thành lập một công ty nhỏ chuyên về điện và điện báo. Phát minh thứ hai của ông là cải tiến chiếc máy điện báo đa tải thành Hệ thống điện báo nhận các tin tức hối đoái ngân hàng. Chiếc máy đầu tiên đã đem về cho ông một số tiền lớn. Toàn bộ số tiến kiếm được lúc này, ông trút hết vào các thí nghiệm của mình về sau.

Phát minh đầu tiên mang lại nổi tiếng cho Edison là máy quay đĩa năm 1877. Công chúng không thể ngờ được về phát minh này và coi nó là điều ma thuật. Edison bắt đầu được gọi là "Thầy phù thủy ở Menlo Park, New Jersey", nơi ông sống. Chiếc máy quay đĩa đầu tiên của ông ghi lại âm thanh trên các trụ bọc thiếc cho chất lượng âm thanh thấp và nó phá hủy luôn đường rãnh ghi âm khi nghe lại nên chỉ có thể nghe được một lần. Trong thập kỷ 1880, một model được thiết kế lại sử dụng các trụ bìa giấy các tông tráng sáp ong được chế tạo bởi Alexander Graham Bell, Chichester Bell, và Charles Tainter. Đây là một lý do khiến Thomas Edison tiếp tục làm việc để tạo ra chiếc "Máy hát hoàn thiện" của riêng ông.

Ông cũng từng phát minh ra máy Kiểm phiếu điện tử và đã xin cấp bằng sáng chế, nhưng đã bị từ chối.